8/16/2019 5-SSD_disk

1/37

8/16/2019 5-SSD_disk

2/37

8/16/2019 5-SSD_disk

3/37

3

• SSD (Solid-State Drive) je kompaktni elektronski uređaj za

skladištenje  podataka; nema mehaničke pokretne delove ipodaci se čuvaju u okviru fleš memorijskih čipova

• Struktura SSD diska je relativno jednostavna i sastoji se od:

o   Kućišta

o   Elektronske ploče sa čipovima

o  Kontrolerskog čipa

o   Fleš-memorijskih čipova

o  Dodatnih čipova (bafer)

o   Konektor za napajanje i SATA komunikaciju

8/16/2019 5-SSD_disk

4/37

8/16/2019 5-SSD_disk

5/37

5

• Većine   SSD diskova namenjenih PC ili prenosivim

računarima   koristi standardni SATA3 komunikacioniinterfejs, mada se neki povezuju i preko PCI Express ili USBinterfejsa

• SSD diskovi se mogu koristiti RAM, EEPROM ili Flash

memorije za   čuvanje   podataka (svaka od njih ima svojeprednosti i mane)

• Prve generacije SSD diskova su koristile RAM memoriju(velika brzina obrade podataka ali su se podaci gubili iz

memorije po prestanku napajanja); nisu imali širu primenu ikoristili su se u   specifičnim sistemima koji su zahtevaliveliku brzinu čitanja i pisanja

8/16/2019 5-SSD_disk

6/37

OCZ Revo Drive X2 (PCIe x4) SSD disk

8/16/2019 5-SSD_disk

7/377

• SSD diskovi sa EEPROM memorijom imaju osobinu da se

upis/čitanje  podataka   vrši  bajt po bajt, imaju vek trajanjaduži  nego flash memorije, mana im je visoka cena, pa jezbog toga njihova primena veoma ograničena

•   Flash memorije se dele na NOR i NAND   i  upis/brisanje

podataka se vrši u blokovima

• Razlike   između  NOR i NAND memorija postoje u   načinuizrade i načinu čitanja podataka

• SSD diskovi zasnovani na flash memoriji, su sporiji ali nezahtevaju konstantan izvor napajanja kako bi trajno  čuvalipodatke

8/16/2019 5-SSD_disk

8/378

• NOR memorije su sastavljene iz paralelno povezanih

memorijskih ćelija   i po svojoj strukturi   liče  na logičko  NILIkolo (NOR gate)

• Zbog paralelne veze gustina pakovanja je smanjena, ali jena ovaj  način omogućeno  da se  ćelije čitaju pojedinačno,

što je veoma slično načinu čitanja RAM memorije

• Kod NOR memorija programi  smešteni u njima se odmahizvršavaju bez potrebe da se prvo učitaju u RAM

• U  poređenju  sa NAND flash memorijama, NOR memorijeimaju nešto manju brzinu upisa podataka

8/16/2019 5-SSD_disk

9/379

• NAND   flash memorije se sastoje iz redno povezanih

memorijskih ćelija, po svojoj strukturi NAND flash memorijeliče na logičko NI kolo (NAND gate)

• na ovaj   način   je postinguta   veća   gustina pakovanja ismanjena je cena izrade,

• NAND flash memorije podatke   smeštaju   po blokovima,svaki blok je sastavljen iz određenog broja stranica (stranicese koriste za čitanje/upis, dok se brisanje vrši isključivo poblokovima)

• Za razliku od NOR memorja, programi se ne moguizvršavati direktno sa NAND memorije, već se prvo morajuučitati u RAM

8/16/2019 5-SSD_disk

10/37

• Osnovno memorijsko kolo je MOSFET ćelija sa

„plivajućim“ gejtom ( floating gate); naelektrisanje u

njemu može da se čuva i po isključenju napajanja

8/16/2019 5-SSD_disk

11/3711

• Bitni faktori koji određuju životni vek SSD diskova su:

  kvalitet flash memorije

  tip memorije (SLC / MLC)

 kvalitet kontrolera

• Podela SSD diskova prema broju bitova po   ćeliji   SLC(single-level cell) ili MLC (multi-level cell)

• Kod SLC memorija svaka memorijska   može   da   sačuva jedan bit; zato ove memorije imaju manju gustinupakovanja, ali su dosta pouzdanije i životni vek im je duži,ali im je i cena veća

• MLC memorije čuvaju više bita po ćeliji, gustina pakovanja je veća, cena je niža ali je i pouzdanost nešto manja pa je iživotni vek kraći.

8/16/2019 5-SSD_disk

12/37

8/16/2019 5-SSD_disk

13/37

8/16/2019 5-SSD_disk

14/37

8/16/2019 5-SSD_disk

15/37

8/16/2019 5-SSD_disk

16/37

8/16/2019 5-SSD_disk

17/37

Marvell 88S9187-BLD2 kontrolerski čip

8/16/2019 5-SSD_disk

18/37

Samsung koristi sopstvene SSD kontrolere (na slici

 je 3-jezgarni MDX kontroler zasnovan na ARM

arhitekturi)

8/16/2019 5-SSD_disk

19/37

SSD Toshiba MLC fleš-čip za podatke (19nm proces izrade)

8/16/2019 5-SSD_disk

20/37

DDR2 memorijski čipovi obezbeđuju RAM za kontroler

8/16/2019 5-SSD_disk

21/37

21

• Memorijske   ćelije   u NAND   čipovima   ne mogu da   izdrže

beskonačan broj upisa, pa kontroler automatski vodi računao ravnomernom „habanju” ćelija

• Ako se otvori fajl na SSD-u, edituje se i sačuva, on internoneće biti upisan na staru lokaciju kao kod HDD diska,  već

na neku novu, a stara će biti proglašena slobodnom (zbogšto ravnomernijeg upisa po celom kapacitetu diska)

• To je jedan od razloga   zašto  defragmentacija   na SSD-unema puno smisla, jer se njenim   korišćenjem   ne   može

garantovati gde će premešteni podaci tačno završiti

8/16/2019 5-SSD_disk

22/37

22

•  SSD diskovi su tipičan primer  „blokovskog” uređaja

•   „Spolja“ nije moguće pristupiti pojedinačnim bajtovima na disku,već OS od kontrolera diska dobija „sektor ” podataka prebačen uRAM memoriju.

•  Kada se izvrše potrebne izmene nad bajtovima u tom sektoru, isti

se vraća kontroleru koji vrši upis na disk.•  SSD ne tretira sektore identično kao HDD disk

•  Podaci u NAND čipovima se organizuju u „erase” blokove, čija jetipična veličina 128/256/512KB, zavisno od kapaciteta korišćenih

čipova•  Ako je potrebno osvežiti bilo koji sektor unutar  „erase” bloka, SSD

kontroler  će osim tog sektora morati da prebriše i ponovo upišesve ostale sektore koji se nalaze u tom bloku

8/16/2019 5-SSD_disk

23/37

8/16/2019 5-SSD_disk

24/37

24

•  Podaci u NAND fleš čipovima su organizovani u stranice od 2 ili

4KB (slično velikim sektorima kod HDD); skup stranica čini jedan„erase” blok, tipične veličine 256 ili 512KB.

•  Osvežavanje jednog sektora unutar  „erase” bloka povlači ponovniupis celog bloka (što je delimično tačno)

•   „Brisan je” memorijskog bita znači prebacivanje njegove vrednostiiz logičke 0 u 1, dok je „upis” obrnut tj. prebacivanje iz 1u 0

•   NAND fleš ima tu osobinu da dozvoljava proizvoljan upis (1 u0) unutar   „erase”   bloka bez diranja ostatka bloka, ali sebrisanje makar jednog bita (0 u 1)   vrši isključivo   brisanjem

kompletnog bloka

•  prethodno se mora  sačuvati sadržaj  bloka u RAM memoriji, anakon brisanja moraju se ponovo upisati ostale   ćelije   koje suispale „kolateralna šteta” prilikom brisanja

8/16/2019 5-SSD_disk

25/37

25

•  Ovo važi za sve NAND čipove pa i za USB fleš memorije

•  USB fleš memorijese ne koriste kao sistemski diskovi sa mnoštvommalih fajlova koji se  često menjaju, pa problem brisanja nije tolikobitan

•  Ako je jedan „erase” blok inicijalno prazan (sadrži isključivo jedinice),onda je upisivanje nove stranice od 2 ili 4KB (odnosno setovanjenula u okviru te stranice) ipak moguće bez potrebe da se ceo „erase”blok prethodno prebriše

•  Brisanje   „erase”  bloka daleko je sporija operacija od upisa, pa sukašnjenja najveća onda kada unutar bloka nema ni jedne slobodne

stranice (u njoj su samo jedinice) u koju je moguće nešto upisati•  Obični fajl sistemi ne brišu zaista fajlove sa diska, već samo u svojoj

evidenciji proglašavaju njihov prostor slobodnim, ali fizički uređaj „nezna“ ništa o tome

8/16/2019 5-SSD_disk

26/37

26

•  Kod SSD to će nule u stranicama koje je fajl zauzimao ipak biti

ponovo upisane nakon prebrisavanja „erase” bloka; to usporavasledeći upis u te stranice (jer bi bilo bolje da u njima ostanu samo jedinice)

•  TRIM mehanizam SSD-u izdaje komandu da   „ne upisuj starepodatke na ovu stranicu posle brisanja bloka, fajl više ne postoji”

•  TRIM   povećava   performanse jer se izbegava spora operacijabrisanja kompletnog bloka

•  Kada se TRIM ne koristi, performanse opadaju tokom korišćenja iposle određenog vremena poželjno je kompletno obrisati SSD iponovo ga isparticionirati i formatirati

•  Loša   strana TRIM mehanizma je   nemogućnost vraćanjaobrisanih podataka,   pošto   oni bivaju zaista obrisani, umestosamo obeleženi kao slobodan prostor do sledećeg upisa

8/16/2019 5-SSD_disk

27/37

8/16/2019 5-SSD_disk

28/37

Otvori za

montažu

8/16/2019 5-SSD_disk

29/37

Konektor

napajanja

SATA konektor

za podatke

8/16/2019 5-SSD_disk

30/37

8/16/2019 5-SSD_disk

31/37

SSD disk elektronska ploča

8/16/2019 5-SSD_disk

32/37

SSD disk elektronska ploča

8/16/2019 5-SSD_disk

33/37

SATA 3 konektor napajanja SATA 3 konektor za podatke

8/16/2019 5-SSD_disk

34/37

mSATA SSD diskPloča sa mSATA konektorom i postavljenim

mSATA diskom

•  Postoje SSD diskovi koji se isporučuju sa Mini-SATA (mSATA)

interfejsom; ovi SSD diskovi su manjih dimenzija i konektor senalazi na nekim PC   pločama   ili   najčešće   u okviru laptop ilinetbook računara; interfejs je SATA 3 (6Gb/s)

8/16/2019 5-SSD_disk

35/37

 ATTO Disk Benchmark

Ovaj softver se koristi zamerenje osnovnih performansi ičesto se ističe od strane samogproizvođača; testiranje ne

podrazumeva slučajne (random)podatke što znači prikaz veomavisokih performansi koje nisuiste kao realne performanse

Na slici: Upis i čitanje nešto većiod 500MB/s

8/16/2019 5-SSD_disk

36/37

HD Tune Pro

Ovaj softver daje   prosečnevrednosti   čitanja   i upisa krozkompletan kapacitet diska i pritomdaje adekvatan dijagram.

Na slici: Srednja brzina upisa je340.1MB/s i vreme pristupa 0.07ms

8/16/2019 5-SSD_disk

37/37

CrystalDiskMark

Softver koristi rad sa 4K randompodacima; dobijeni rezultati sudaleko realnije vrednosti od onogašto  se dobija sa ATTO softverom;Moguće   je testiranje i sa"compressable" podacima, tako štose koristi test sa   „0Fill“   delovimadiska (popunjen do   logičkimnulama).